Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lcmineqlem2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmineqlem2 39966
Description: Part of lcm inequality lemma, this part eventually shows that F times the least common multiple of 1 to n is an integer. (Contributed by metakunt, 29-Apr-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
lcmineqlem2.1 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
lcmineqlem2.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.4 (𝜑𝑀𝑁)
Assertion
Ref Expression
lcmineqlem2 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑀,𝑥   𝑘,𝑁,𝑥   𝜑,𝑘,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem lcmineqlem2
StepHypRef Expression
1 lcmineqlem2.1 . . 3 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
2 lcmineqlem2.2 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 lcmineqlem2.3 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
4 lcmineqlem2.4 . . 3 (𝜑𝑀𝑁)
51, 2, 3, 4lcmineqlem1 39965 . 2 (𝜑𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥)
6 eqid 2738 . . 3 (0[,]1) = (0[,]1)
7 fzfid 13621 . . 3 (𝜑 → (0...(𝑁𝑀)) ∈ Fin)
8 0red 10909 . . 3 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
9 1red 10907 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
10 unitsscn 13161 . . . . 5 (0[,]1) ⊆ ℂ
11 resmpt 5934 . . . . 5 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))))
1210, 11ax-mp 5 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1)))
13 nnm1nn0 12204 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
14 expcncf 23995 . . . . . 6 ((𝑀 − 1) ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
153, 13, 143syl 18 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
16 rescncf 23966 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
1710, 16ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
1815, 17syl 17 . . . 4 (𝜑 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
1912, 18eqeltrrid 2844 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
20 elfznn0 13278 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
21 neg1cn 12017 . . . . . . 7 -1 ∈ ℂ
22 expcl 13728 . . . . . . 7 ((-1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2321, 22mpan 686 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2420, 23syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2524adantl 481 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
263nnnn0d 12223 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
272nnnn0d 12223 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
28 nn0sub 12213 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
2926, 27, 28syl2anc 583 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
304, 29mpbid 231 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁𝑀) ∈ ℕ0)
31 nn0z 12273 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
3220, 31syl 17 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℤ)
33 bccl 13964 . . . . . . 7 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3432, 33sylan2 592 . . . . . 6 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3530, 34sylan 579 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3635nn0cnd 12225 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℂ)
3725, 36mulcld 10926 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) ∈ ℂ)
38 resmpt 5934 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)))
3910, 38ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘))
40 expcncf 23995 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
4120, 40syl 17 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
42 rescncf 23966 . . . . . . 7 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
4310, 42ax-mp 5 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4441, 43syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4539, 44eqeltrrid 2844 . . . 4 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4645adantl 481 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
476, 7, 8, 9, 19, 37, 463factsumint 39961 . 2 (𝜑 → ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
485, 47eqtrd 2778 1 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 395   = wceq 1539  wcel 2108  wss 3883   class class class wbr 5070  cmpt 5153  cres 5582  (class class class)co 7255  cc 10800  0cc0 10802  1c1 10803   · cmul 10807  cle 10941  cmin 11135  -cneg 11136  cn 11903  0cn0 12163  cz 12249  [,]cicc 13011  ...cfz 13168  cexp 13710  Ccbc 13944  Σcsu 15325  cnccncf 23945  citg 24687
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cc 10122  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880  ax-addf 10881  ax-mulf 10882
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-iin 4924  df-disj 5036  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-of 7511  df-ofr 7512  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-supp 7949  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-oadd 8271  df-omul 8272  df-er 8456  df-map 8575  df-pm 8576  df-ixp 8644  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-fsupp 9059  df-fi 9100  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-dju 9590  df-card 9628  df-acn 9631  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-5 11969  df-6 11970  df-7 11971  df-8 11972  df-9 11973  df-n0 12164  df-z 12250  df-dec 12367  df-uz 12512  df-q 12618  df-rp 12660  df-xneg 12777  df-xadd 12778  df-xmul 12779  df-ioo 13012  df-ioc 13013  df-ico 13014  df-icc 13015  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-mod 13518  df-seq 13650  df-exp 13711  df-fac 13916  df-bc 13945  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-limsup 15108  df-clim 15125  df-rlim 15126  df-sum 15326  df-struct 16776  df-sets 16793  df-slot 16811  df-ndx 16823  df-base 16841  df-ress 16868  df-plusg 16901  df-mulr 16902  df-starv 16903  df-sca 16904  df-vsca 16905  df-ip 16906  df-tset 16907  df-ple 16908  df-ds 16910  df-unif 16911  df-hom 16912  df-cco 16913  df-rest 17050  df-topn 17051  df-0g 17069  df-gsum 17070  df-topgen 17071  df-pt 17072  df-prds 17075  df-xrs 17130  df-qtop 17135  df-imas 17136  df-xps 17138  df-mre 17212  df-mrc 17213  df-acs 17215  df-mgm 18241  df-sgrp 18290  df-mnd 18301  df-submnd 18346  df-mulg 18616  df-cntz 18838  df-cmn 19303  df-psmet 20502  df-xmet 20503  df-met 20504  df-bl 20505  df-mopn 20506  df-cnfld 20511  df-top 21951  df-topon 21968  df-topsp 21990  df-bases 22004  df-cn 22286  df-cnp 22287  df-cmp 22446  df-tx 22621  df-hmeo 22814  df-xms 23381  df-ms 23382  df-tms 23383  df-cncf 23947  df-ovol 24533  df-vol 24534  df-mbf 24688  df-itg1 24689  df-itg2 24690  df-ibl 24691  df-itg 24692  df-0p 24739
This theorem is referenced by:  lcmineqlem3  39967
  Copyright terms: Public domain W3C validator